采煤工作面上覆岩层移动规律

第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概 述一、煤层顶底板岩层的构成煤层之下的岩层称为煤层的底板。底板岩层可分为：0.5m，随采随冒。具有随回柱放顶而垮落的特征。直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。板等现象。二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层(3－l)。的岩石就越紊乱、裂开。在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。(3－l，Ⅱ)。(3－l，Ⅲ)。这局部岩层大约相当于上述三带中的冒落带和裂隙带的总厚度，一般为采高的6～8倍。3-1采煤工作面上覆岩层移动分带示意图采煤工作面上覆悬露岩层运动破坏的形式打算着矿山压力的显现规律及对和剪断破坏。3－2(图3-2a)，在重力作用下弯曲(图3－2b)，岩层弯曲沉降到肯定程度后，伸入煤体的端部裂开(3－2c)，中部开裂(3－2d)，岩层冒落(3－2e)。3-2上覆岩层弯曲破坏进展过程会由弯曲沉降进展至冒落。否则，岩层将弯曲下沉并与煤层底板(或底部已冒落岩层)接触。全部岩重，并能掌握冒落岩层之上局部弯曲岩层的下沉量。3－3岩层端部即开裂(3－3a)，在岩层中部未开裂(或开裂很少)积的整体塌垮(3－3b)。量运动空间，岩层即可能被剪断而整体塌垮。柱又不被压死考虑。3-3岩层的剪切破坏形式图3-4 断层对岩层破坏形式的影响岩层的两种破坏形式随地质及开采条件的变化而相互转化。(l)高产后往往消灭切顶事故的缘由。坏形式转化为弯拉破坏形式。(可能发生剪切破坏)大大减小突然剪断的可能性，从而可转化为弯拉破坏的运动形式。切断的危急。〔顶板冒落高度〕的大小，打算着裂隙带设计等都有重要影响。〔初次放顶动时，支架应能担当其全部重量。一、直接顶厚度〔冒高〕确实定目前，有关推断冒高值的方法根本上有两种：不考虑岩梁本身沉降值的推断方法在自然冒落的进展过程中不考虑岩层本身的沉降值。其冒高表达式推导如下：∑ h+m∑ z zz由此导出的直接顶厚度∑h 为：z∑hz

m 〔3-1〕K1式中m—采高，m；K—已冒落岩层的碎胀系数。图3-5 不考虑岩层弯曲沉降时的冒高一次来压阶段，计算结果与实际状况比较接近。出解释。考虑岩层本身沉降的推断方法以及下部允许运动空间的高度。3-6所示。E图中未冒落岩梁〔h〕的沉降值满足以下表达式：EAA z A S=m－∑h〔K－1〕≤S 〔3-2〕式中 SAA z A 0S—该岩梁保持假塑性允许的沉降值；0m—采高；z∑h—直接顶厚度〔即冒落高度；zAzK—岩梁触矸处已冒落岩层的碎胀系数。由3-2可推导出直接顶厚度∑h的表达式：AzmS∑h A 〔3-3〕A 其中 A

z K 1A0AA A A A 比照图3-6可以觉察，当用式3-3推断冒落高度时，要遵守S值与K值在点选择的原则。可以用离煤壁任何位置处的数值代入都不影响计算结果。但是，绝不能认为S与K的值可以在任意位置选取。由于公式中规定S≤S，而S是保持该岩梁处于“假塑性”状态的运动极限值〔沉降极限值。因此，原则上S 的取值位置是固定的，该位置应当是岩梁显著运动发生后，从下部开头触矸位置起，到运动被迫停顿时整个触矸范围的反力中心。图中A点。一般取KA=1.250AA A A A 图3-6 考虑岩层弯曲沉降时的冒落高度二、影响直接顶厚度的主要因素3-3可以看出，影响直接顶厚度的主要因素有：m的影响3-3可知，假设上覆岩层厚度都不大，强度和变形力量根本一样，则冒工作面矿山压力显现和上覆岩层破坏的范围。性、强度、变形力量及层理等状况，留意找到冒高发生突变的位置。岩梁允许沉降值S0及岩梁实际沉降值SA的影响0 m=2mKA=1.25，则：S=S=00 h

mS A

4m8mz0 S=S=0.5m0

K 1 1.251Ah

mSA

m0.5m

2m4mz= 当S S m= 0 A

K 1 1.251AmSh A

0mz K 1 1.251A因此，必需对各类岩层的假塑性沉降值S 进展认真的分析。一般认为，S0 0的大小主要由岩层的厚度、强度及在推动方向上裂隙发育状况等因素打算。03-7S00岩层厚度越大，可能的S值也将越大。如图3-7所示，一般可认为，岩层断裂后曲沉降，当中部铰与两端铰在同一条直线上时，到达岩梁的极限沉降值S。S00 0可由下式表示：S hcos(tg-1 0 C

) 〔3-4〕00式中 S—岩梁的允许沉降值；0h—岩层厚度；0C—岩梁的运动步距。0hhCtg-10 C0

0 S≈h。01 3 明显，只要知道上覆岩层的厚度分布状况，就可以确定冒落高度。例如图h=1.5m；h=1.0m；h=3.0m；h=5.0m。依据以上原理，不难推断出该采场的冒高为01 3 h为止，h仍处于假塑性岩梁状态，这是由于：2 31 0 1 h层：S=h=1.5m1 0 1 mSh

2.51.54mz K 1 1.251A而该岩层下部实际冒落厚度为零，因此h必定冒落。12 0 h层：S=h2 0 0h mS 2.51.06m0z K 1 1.251A1.5mh2必定冒落。3 0 h层，S=h3 0 mSh

2.53.02m0z K 1 1.251A即该岩层不会冒落。A z A 2.5mSA为：S=m－h(K－A z A 图3-8采场冒高例如岩梁触矸处已冒岩层碎胀系数KA的影响岩层触矸处已冒落岩层的碎胀系数，是以确实对岩梁起到支承作用为前提部已冒岩层的碎胀系数，主要与下述条件有关：A 岩强制放顶时，K=1.3~1.35；强度较低的一般岩层(粉砂岩、页岩等)，A =1.25~1.28。整体切断，KAl考虑。zKA值对冒高的影响也是必需留意的。由式(3-3)可知，KA愈大，则冒高(h)zz值愈小。当岩层坚硬，产生整体切断时，KA=1、h=∞。说明上部软岩随其下部坚硬岩层整体塌落时，上覆岩层将冒到上部坚硬岩层为止，甚至到达地表。z采空区顶板处理方法的影响转变采空区顶板处理方法，可以转变冒高值，如：zl)承受充填法可以减小冒高值，当充填高度为Δh时，削减后的冒高值可用下式表示：z(mh)Sh z A 〔3-5〕z

K 1Az 明显，当充填高度Δhm时，h=0z 为强制放顶的岩层厚度。可依据控顶要求，人为打算。开采程序的影响或近距离煤层，应试用反程序开采，以排解顶板剪断的威逼。第三节老顶的移动规律总合。第一次来压后，是一组在推动方向上能传递水平力的不等高裂隙梁。句话说，对这局部岩梁，支架担当的压力大小取决于所掌握的岩梁位态。老顶的运动一般有两种形式：老顶的缓慢下沉此时，老顶可能以缓慢下沉的形式运动。此外，假设老顶岩层的节理、裂隙发育，允许塑性变形值较大时，老顶岩层也可能以缓慢下沉形式运动。力显不现明显，对顶板治理有利。老顶呈长岩梁断裂在已冒落矸石与老顶岩层之间有肯定的自由空间。自由空间的高度可由下式计算：(hz

m)Kp

hzmh(K

〔3-6〕式中Δzp岩梁间距离；∑hz—直接顶厚度；m—采高；Kp—1.3～1.5。这时老顶的运动状况如下：老顶的初次垮落〔3-a。采煤工作面连续向前推动，假设有足够的自由空间，老顶岩层将裂断并产生明显的沉降〔3-b作面推动的距离称为老顶的初次垮落步距。20～35m。3-9老顶的初次垮落老顶的周期性垮落3-10所示，初次垮落后，老顶岩层可视为一端嵌入煤壁，另一端悬于〔在煤壁前方周期性地消灭，称为老顶的周期性垮落。3-10老顶的周期性垮落第四节直接顶和老顶的相互转化上覆岩层运动和矿压显现的手段。总结一下。实践证明，可能造成直接顶和老顶相互转化的缘由主要有以下几个方面：地质条件的变化。主要是岩层厚度和断层等构造的影响。S0相应地减小，原处于老顶的岩层可能垮落；相反，岩层变厚，原垮落的岩层则可能向老顶转化。前所述，这是格外危急的。采动条件的变化。主要是采高和推动速度的变化。增加采高，允许岩梁SA>S0，因此，老